Implémentation et vérification de la méthode zonale à coefficients d'absorption multiples

Presentation available online at http://www.sft.asso.fr/Local/sft/dir/user-3775/documents/actes/congres_2011/Communications/167.pdfNational audienceLa méthode zonale à coefficients d'absorption multiples (MACZM) pour la modélisation des facteurs de transferts radiatifs dans les milieux transparents et semi-transparents est implémentée et validée numériquement. Les calculs sont améliorés par l'utilisation de réseaux de neurones artificiels. Une autre méthode efficace de calcul des facteurs de transferts radiatifs, la méthode des flux plans, est aussi décrite. Les deux méthodes sont appliquées simultanément pour le calcul des facteurs d'échanges radiatifs dans un four de réchauffage sidérurgique de brames d'acier et les résultats sont comparés. La validité deMACZM est ainsi démontrée et des temps de calcul réduits de plus de cent fois sont obtenus

Optimisation d'un système de chauffage dans une enceinte radiative à l'aide d'un algorithme génétique hybride

International audienceCette étude porte sur un problème d'optimisation qui consiste à chercher la distribution de puissance optimale attribuée aux éléments chauffants à l'intérieur d'une enceinte radiative afin d'obtenir un champ de température prédéfini sur une plaque en acier. L'utilisation des méthodes d'optimisations métaheuristiques telles que les Algorithmes Génétiques et la méthode du Recuit Simulé a permis d'obtenir des résultats acceptables pour ce problème. En combinant ces deux méthodes on aboutit à une méthode hybride qui garantit des solutions plus appréciables

Design Of A Turgo Two-Phase Turbine Runner

A two-phase impulse turbine used to replace the classic expansion valve in a refrigeration system needs a nozzle/expander to transform the flow stored enthalpy into kinetic energy, and a runner that comes afterwards to transform the flow kinetic energy into torque. That process transforms the isenthalpic expansion of the refrigerant into, ideally, an isentropic one. Replacing a classic isenthalpic expansion with a nearly isentropic one increases the cycle cooling capacity by 8% up to 20 % for the same compressor input power and generates an additional electric power by the two-phase turbine. During the expansion in the nozzle, the static pressure of the flow decreases and a phase change occurs, for the flow is slightly subcooled, by 2 to 3 K, at the nozzle entrance. A Turgo turbine runner design is presented. The runner makes use of the kinetic energy of a two-phase flow and transforms it into torque. The geometry and material of the runner components are chosen to provide mechanical integrity and high efficiency. The design takes into consideration the number of buckets, the flow behavior inside a bucket, the power loss due to drag force, the flow impingement angle with the bucket and many other factors. The variation of the efficiency of the runner with the refrigerant quality and the gas physical properties is also studied. FEM (finite element method) is used to calculate the mechanical stress on the structure of the runner that is supposed to withstand static and fatigue stress, and erosion due to the two-phase nature of the flow. FEM is also used to visualize the flow inside the bucket and to estimate the power loss due to drag force. The calculated efficiency of the runner is then compared to the efficiency of a similar tested runner

Modélisation dynamique des transferts radiatifs

Presentation available online at http://www.sft.asso.fr/Local/sft/dir/user-3775/documents/actes/journeessft/JSFT_27_28_1_2011/Ghanem_P.pdfInternational audienceModélisation ultra-rapide des transferts radiatifs dans un four de réchauffage sidérurgique par la méthode zonale à coefficients d'absorption multiples : La méthode zonale à coefficients d'absorption multiples (MACZM) pour la modélisation des coefficients de transferts radiatifs dans les milieux transparents et semi-transparents est implémentée et validée numériquement. Cette méthode a été d'abord développée par W. Yuen. Elle est dérivée de la méthode zonale dans laquelle est introduite une nouvelle définition des facteurs d'échange génériques (GEFs), qui est mieux adaptée aux milieux semi-transparents. La méthode s'avère très efficace pour la modélisation des transferts radiatifs dans les milieux semi-transparents. Des réseaux de neurones artificiels sont associés au calcul des coefficients d'échange génériques, afin d'accélérer l'algorithme de résolution. La méthode et les réseaux de neurones qui lui sont associés sont décrits brièvement et sont implémentés sur des milieux discrétisés en voxels (volumes élémentaires). Une autre méthode de calcul des coefficients d'échange radiatifs, la méthode des flux plans est aussi décrite. Afin de vérifier la deuxièmes méthode et de valider la première, les deux méthodes sont appliquées sur des cas élémentaires où sont calculés les coefficients d'échange radiatifs directs entre deux voxels dans un milieu semi-transparent. Les résultats des deux méthodes sont validés par comparaison à des valeurs de la littérature correspondantes à des calculs exacts. La méthode zonale à coefficients d'absorption multiples est donc validée. La combinaison de la méthode discrète avec les réseaux de neurones artificiels aboutit à des temps de calcul très courts. La rapidité de l'algorithme ainsi que sa validité dans les milieux semi-transparents rendent la méthode très intéressante pour la modélisation dynamique des systèmes mettant en jeu des milieux semi-transparents. Afin de valider la méthode sur une application générale et de mettre en évidence la vitesse de résolution algorithmique, on considère un four d'essais de réchauffage sidérurgique de brames. Le four est rempli par des fumées constituant un milieu semi-transparent. L'étude thermique et la simulation des courbes de chauffe dans le four ont été effectuées précédemment avec une approche utilisant une méthode nodale et des facteurs d'échanges radiatifs générés par la méthode des flux plans. Les résultats obtenus sur le four d'essais considéré sont validés expérimentalement. Dans ce travail, on recalcule les coefficients d'échanges radiatifs sur le four d'essais considéré par la méthode zonale à coefficients d'absorption multiples. La méthode des revêtements permettant de calculer les facteurs de transferts radiatifs directs à partir des facteurs totaux est aussi décrite brièvement. Les valeurs obtenues par la méthode zonale à coefficients d'absorption multiples sont comparées aux valeurs calculées par la méthode des flux plans appliquée au four. Les différences sont minimes et la méthode est donc validée. D'autre part, la méthode zonale à coefficients d'absorption multiples est nettement plus rapide et les temps de calcul obtenus sont très courts. La méthode est donc efficace pour les milieux semitransparents et compte tenu de sa rapidité elle présente grand intérêt pour les applications dynamiques

Assessment of the Flue Gas Recycle Strategies on Oxy-Coal Power Plants using an Exergy-based Methodology

A presentation of this paper was given at the 16th Conference on Process Integration, Modelling and Optimisation for Energy Saving and Pollution Reduction, Rodes(Greece) 29 September- 2 October 2013This article is available online at http://www.aidic.it/cet/13/35/057.pdfInternational audienceWhile oxy-combustion CO2 capture was foreseen to have higher improvement potential than post-combustion a decade ago, research has not been carried out at the same pace since then and today, the latter exhibits higher technological maturity along with low energy penalty thanks to advanced process integration and solvents formulation. Thus, significant efficiency improvement is needed for the oxy-combustion route to be competitive with post-combustion for carbon capture on coal-fired power plants. In order to achieve such improvements, process integration at system level is required to assess the true energy savings potential of oxy-combustion. In this study, an exergy-based methodology is performed to compare various flue gas recirculation strategies on a state-of-the-art 1100 MWe gross oxy-fired power plant. Exergy analysis at unit operation level allows the identification of the location and the magnitude of the thermodynamic irreversibilities occurring in the process, leading to an enhanced understanding of the studied system. In addition to the reference case in which the secondary recycle is fully depolluted and dehydrated; three alternative flue gas recirculation options have been investigated. Among the studied strategies, recirculation of the secondary flow prior the regenerative heat exchanger with a high temperature particle removal device leads to the highest net plant efficiency. This option not only allows the minimal exergy losses in the boiler but also minimizes the flowrate going through the downstream depollution devices. The net plant efficiency obtained for this architecture is 38.0%LHV, which represents a 3% increase compared to the reference oxy-combustion plant. Comparing this figure to an air-fired power plant modeled with the same set of hypotheses, the energy penalty is 8.1%-pts

Towards Second Generation Oxy-pulverized Coal Power Plants: Energy Penalty Reduction Potential of Pressurized Oxy-combustion Systems

AbstractDuring the last decade, CO2 capture on coal power plants has been the subject of sustained attention as one of the most credible way to drastically reduce anthropogenic greenhouse gas emissions. Significant reduction in the energy penalty related to the oxy- combustion routes has been achieved but uncertainties remain in the operation of such a process inducing major modifications of the power island. In this context, for oxy-combustion, and more generally carbon capture to become a reality, its energy penalty shall be drastically reduced. In that perspective, cutting edge strategies allowing taking full advantage of oxy-fired operation have to be investigated. Among them, boiler pressurization has been identified as one of the most promising solution. Two major pressurized oxy-combustion concepts have emerged in literature: the flameless combustion technology (ISOTHERM®) and the staged-pressurized oxy-combustion (SPOC) concept. According to the authors describing those two processes, whilst very different in the combustion temperature control strategy, they both succeed in allowing pressurized operation.In this work, those two concepts have been compared to an air-fired, a conservative and optimized atmospheric oxy-fired power plants in terms of energy performances. The reason underlying below the observed differences, have been determined using exergy analysis. The SPOC process leads to significantly lower energy penalty, as low as 3.8%-pts compared to the ISOTHERM® concepts which lead to performance in the same order of magnitude than the optimized atmospheric design. It has been highlighted that this difference is essentially due to the large flue gas recycling requirement for the latter concept to control combustion temperature

Refroidissement d'un volume fini générant de la chaleur : analyse du processus constructal

International audienceLe problème initial abordé par la théorie constructale envisage l'allocation optimale de matériau hautement conducteur à l'intérieur d'un volume fini générant de la chaleur. L'un des enjeux fondamentaux de la théorie constructale est le déterminisme introduit dans le processus de construction de la solution, bien que de nombreux travaux montrent que cette solution soit non optimale. Après avoir reprécisé les hypothèses physiques utilisées habituellement, cette étude met en exergue certains points analytiques présentant un potentiel d'amélioration vers un optimum. Dans ce cadre, la production de chaleur au sein du matériau hautement conducteur, ainsi que la porosité du volume fini, sont examinées avec une attention particulière

Refroidissement d'un volume fini générant de la chaleur : limites de l'approche constructale

International audienceLa répartition optimale, à l'aide de la théorie constructale, d'un matériau hautement conducteur à l'intérieur d'un volume fini générant de la chaleur est un véritable paradigme. Pourtant, il est difficile de comparer les structures entre-elles du fait du déterminisme de l'approche qui induit des géométries dont les caractéristiques dimensionnelles extérieures diffèrent. Cette étude propose une façon originale de contraindre l'approche constructale au sein d'un volume aux dimensions externes préalablement fixées. Dès lors, cette technique permet de quantifier l'influence de la complexification du réseau de refroidissement sur son efficacité. Les conclusions de l'étude soulignent l'absence de corrélation entre ces deux paramètres

Modélisation de fours de brasage sous vide et validation expérimentale. Méthode de réduction du temps de brasage

PARIS-MINES ParisTech (751062310) / SudocSudocFranceF